CN117620186A - 一种用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声雾化材料制备技术领域，公开了一种用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，包括材料室、缓存室和超声平台，材料室、缓存室和超声平台自上而下布置，液化金属通过材料室底部的连通孔和缓存室下方设置的导流管流入超声平台。采用材料室并连接熔融液体缓存室，可以大量连续制备各种形状的金属及合金材料，并且可以连续稳定保持熔融液体进入超声平台进行雾化；超声平台通过设置震荡装置和驱动装置使超声平台可以使任何状态的液态材料可以快速雾化制备出金属粉末颗粒，超声波雾化结合快速震荡使得液相黏度较大的难熔高熵合金液体更容易制备成粉末，设置的电泵可以稳定超声平台上的液体材料，提高了雾化制粉效率、延长设备使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及超声雾化材料制备技术领域，具体为一种球形金属粉末制备装置。
背景技术
随着金属粉末的应用越来越广泛，金属粉末制备技术也在不断发展。其中气雾化法是制备金属粉末的主流技术，为了克服气雾化技术中存在的问题，超声雾化技术应用而生。超声雾化技术是采用超声振动原理对熔融金属液进行振动破碎，利用气流进行雾化成金属液滴最后凝固成金属粉末颗粒，并且通过提高超声频率来提高制粉效率。但是对于一些合金材料，特别是难熔高熵合金，由于其液相黏度较大，仅通过提高超声频率使其超声雾化制备效果不理想。
在超声雾化金属粉末制备装置输送金属母材更多采用送丝系统，但是该方法中对金属材料的尺寸有严格要求，并且针对特定的金属及合金材料制成丝进行工艺制备还是比较困难，消耗材料成本比较大。中国专利CN202080043681.3中涉及超声雾化设备制备金属粉末使用的进料器主要针对有规则的线材或棒材。对于线材进料器可以采用自动连续送丝的方式进行材料输入，但是对于棒材材料是需要手动进行送料并且对棒材的形状及尺寸有明确的要求，中途需要进行换料。难熔高熵合金材料难以制备成丝状或者符合制备装置需要的形状和尺寸的棒材。
在超声雾化制备金属粉末技术中主要研究的是金属材料超声雾化成金属粉末的过程。中国专利CN202110978795.3中提出金属液不需要与变幅杆进行接触进行制备金属粉末，但是此过程中不仅材料形态有局限，而且需要配合齿轮齿条系统才能产生一定的离心力使金属液体形成薄面从而进行破碎成金属粉末，难以用于液相黏度特别大的合金材料雾化制粉。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其超声雾化工艺腔室的特点是可以一次性投入大量不规则金属材料棒材，在雾化过程中可以连续化制备金属粉末，可以用于难熔高熵合金粉末的制备。其具体技术方案如下：
一种用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，包括材料室、缓存室和超声平台，所述材料室、缓存室和超声平台自上而下布置，液化金属通过材料室底部的连通孔和缓存室下方设置的导流管流入超声平台。
优选地，所述材料室内侧上方设置有压电陶瓷，压电陶瓷下方设置传动杆。
优选地，所述材料室两侧设置有第一加热器，所述连通孔连通缓存室。
优选地，所述第一加热器上设置有温度控制器和液差控制器。
优选地，所述导流管包括倒置扇形引流口和方形微孔结构，方形微孔结构连接在倒置扇形引流口下方。
优选地，所述缓存室区域表面覆盖有保温材料，所述保温材料以及导流管的侧面均设置第二加热器。
优选地，所述超声平台内部固定设置震荡装置和驱动装置，所述震荡装置设置在所述超声平台的凹槽中，所述凹槽面积为40-60cm2。
优选地，所述震荡装置包括震动金属片和压电陶瓷环，震动金属片和压电陶瓷环互相叠加，中间留有圆形微孔区，所述圆形微孔区与导流管出口相对应，压电陶瓷环带动震动金属片进行高频震动。
优选地，所述超声平台底部安装有电泵，所述电泵内侧面采用螺纹连接冷却装置，冷却装置包括波导和风冷系统。
优选地，所述冷却装置采用法兰连接超声发生装置。
有益效果
本发明采用带有第一加热器的材料室并连接熔融液体缓存室，可以大量连续制备各种形状的金属及合金材料，并且可以连续稳定保持熔融液体进入超声平台进行雾化；超声平台通过设置震荡装置和驱动装置使超声平台可以使任何状态的液态材料可以快速雾化制备出金属粉末颗粒，超声波雾化结合快速震荡使得液相黏度较大的难熔高熵合金液体更容易制备成粉末，设置的电泵可以稳定超声平台上的液体材料，提高了雾化制粉效率、延长设备使用寿命。
附图说明
图1是本发明的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置结构示意图；
图2是震荡装置示意图；
附图标记含义：1-压电陶瓷、2-传动杆、3-第一加热器、4-材料室、5-温度控制器、6-液差控制器、7-第二加热器、8-缓存室、9-导流管、10-震荡装置、11-驱动装置、12-超声平台、13-电泵、14-冷却装置、15-超声发生器、16-震动金属片、17-压电陶瓷环、18-圆形微孔区。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，包括材料室4、缓存室8和超声平台12，材料室4内侧上方设置有压电陶瓷1，压电陶瓷1下方设置传动杆2，材料室4两侧设置有第一加热器3，材料室4底部设有连通孔连通缓存室8。第一加热器3上设置有温度控制器5和液差控制器6。
所述缓存室8下方设置有导流管9，导流管9包括倒置扇形引流口和方形微孔结构，方形微孔结构连接在倒置扇形引流口下方，所述缓存室8区域表面覆盖有保温材料，所述保温材料以及导流管9的侧面均设置第二加热器7。
所述超声平台12内部固定设置震荡装置10和驱动装置11，震荡装置10设置在所述超声平台12的凹槽中，所述凹槽面积为40-60cm2，如图2所示，震荡装置10包括震动金属片16和压电陶瓷环17，震动金属片16和压电陶瓷环17互相叠加，中间留有圆形微孔区18，所述圆形微孔区18与导流管9出口相对应，压电陶瓷环17带动震动金属片16进行高频震动。所述驱动装置11采用半导体芯片，优选地，采用MOS和BJT复合半导体芯片。
所述超声平台12底部安装有电泵13，所述电泵13内侧面采用螺纹连接冷却装置14，冷却装置14包括波导和风冷系统。所述冷却装置14采用法兰连接超声发生装置15。
所述材料室4的体积占整个工艺腔室上方空间的75%-85%。
所述第一加热器3和第二加热器7采用感应加热线圈，感应加热线圈数量为4-6个。
本发明的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置工作过程：
超声雾化制粉过程中，材料室4内通过材料传送装置放置需要制备的金属或合金材料原料，通过温度控制器5调节温度控制使材料室4温度控制在制备材料熔点之上，液差控制器6调节液差控制使样品室内外保持稳定的液差，通过设置脉冲信号使压电陶瓷1带动传动杆2在材料室4内运动，保持熔化的金属材料的流动性，使金属材料液滴从材料室4底部的连通孔喷出流入缓存室8。当缓存室8内的金属液体达到一定量后进入导流管9中，由于液体和导流管9存在温差使液体冷却凝固在导流管9中，然后通过导流管9侧面的第二加热器7使固态液体形成稳定小束流。
喷射的液滴平铺到超声平台12上，通过超声发生装置15产生超声波通过冷却装置14的波导传递到超声平台12，调节电泵13可以调节超声振动频率，并且通过超声平台内部的驱动装置11和震荡装置10加速高粘度的液体打碎并通过惰性气体再雾化成颗粒状。
Claims (10)
1.一种用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，包括材料室（4）、缓存室（8）和超声平台（12），其特征在于：所述材料室（4）、缓存室（8）和超声平台（12）自上而下布置，液化金属通过材料室（4）底部的连通孔和缓存室（8）下方设置的导流管（9）流入超声平台（12）。
2.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述材料室（4）内侧上方设置有压电陶瓷（1），压电陶瓷（1）下方设置传动杆（2）。
3.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述材料室（4）两侧设置有第一加热器（3），所述连通孔连通缓存室（8）。
4.根据权利要求3所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述第一加热器（3）上设置有温度控制器（5）和液差控制器（6）。
5.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述导流管（9）包括倒置扇形引流口和方形微孔结构，方形微孔结构连接在倒置扇形引流口下方。
6.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述缓存室（8）区域表面覆盖有保温材料，所述保温材料以及导流管（9）的侧面均设置第二加热器（7）。
7.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述超声平台（12）内部固定设置震荡装置（10）和驱动装置（11），所述震荡装置（10）设置在所述超声平台（12）的凹槽中，所述凹槽面积为40-60cm2。
8.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述震荡装置（10）包括震动金属片（16）和压电陶瓷环（17），震动金属片（16）和压电陶瓷环（17）互相叠加，中间留有圆形微孔区（18），所述圆形微孔区（18）与导流管（9）出口相对应，压电陶瓷环（17）带动震动金属片（16）进行高频震动。
9.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述超声平台（12）底部安装有电泵（13），所述电泵（13）内侧面采用螺纹连接冷却装置（14），冷却装置（14）包括波导和风冷系统。
10.根据权利要求1所述的用于难熔高熵合金粉末制备的超声波雾化装置，其特征在于：所述冷却装置（14）采用法兰连接超声发生装置（15）。
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